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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Texturabbilden
bei grafischen Systemen, und insbesondere auf ein System und ein
Verfahren des Block- und
Bandorientierten Durchlaufs, um eine verbesserte Bandbreite bei
solchen Systemen zu erreichen.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Texturabbilden
ist der Prozess des Abbildens eines Bildes auf eine Fläche bei
einem dreidimensionalen grafischen System. Diese Technik ist im
Fachgebiet wohlbekannt und ist zum Beispiel beschrieben in J. Foley
et al., Computer Graphics: Principles and Practice, 2d. ed., Addison-Wesley,
1990, auf 741–44.
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Bezugnehmend
auf 1 wird ein Beispiel des Texturabbildens entsprechend
dem Stand der Technik gezeigt. Das abzubildende Bild wird als Texturabbildung 101 bezeichnet
und seine einzelnen Elemente werden als Texel bezeichnet. Die Texturabbildung 101 ist üblicherweise
in einem rechtwinkligen Koordinatensystem bezeichnet mit (u, v)
dargestellt und ist gewöhnlich
in einem Bereich eines herkömmlichen
Speichers gespeichert, wie zum Beispiel einem herkömmlichen
dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM) mit seitenweisem Betrieb
oder anderen seitenweisen Speichern. Beim Beispiel von 1 sind
vier Seiten 110, 111, 112, 113 gezeigt,
wobei jede einem Teil des Bildbereichs entspricht, der einen entsprechenden
Teil der Texturabbildung 101 enthält.
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Eine
Fläche 104 im
dreidimensionalen Raum hat ihr eigenes Koordinatensystem (s, t).
Bei einem typischen dreidimensionalen grafischen System kann die
Fläche 104 eine
Primitive wie ein Polygon sein; viele solcher Polygone können im
Dreiraum definiert werden, um ein dreidimensionales Objekt oder eine
Szene zu bilden. Jedes dieser Polygone würde dann sein eigenes Koordinatensystem
(s, t) haben, ähnlich
zu der in 1 angezeigten Fläche 104.
Auf Basis der Ausrichtung der Fläche 104 im
Dreiraum und der Position und der Ausrichtung der "Kamera" wird die Fläche 104 ihrerseits
wieder auf ein zweidimensionales Anzeigengitter 103 abgebildet,
das zur Anzeige durch das Computersystem im Bildspeicher gespeichert
ist. Das Abbilden der Fläche 104 auf
das Anzeigengitter 103 wird durch Matrix-Transformationen
ausgeführt,
die im Fachgebiet wohlbekannt sind. Das Anzeigengitter 103 hat
ein Koordinatensystem (x, y) und ist typischerweise in einem Bereich
des Speichers implementiert, der für Videoanzeigen vorbehalten
ist, wie ein Videodirektzugriffsspeicher (Video RAM), zum Beispiel
VRAM oder ein synchroner Grafikdirektzugriffsspeicher (SGRAM). Das
Anzeigengitter 103 enthält
als Pixel bekannte einzelne Elemente, die durch eindeutige Speicherstellen
im Video RAM repräsentiert
werden.
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Die
Koordinaten im Anzeigengitter 103 werden oft als im "Bildraum" befindlich angesehen. Ähnlich werden
Koordinaten auf einer Fläche 102 als
im "Flächenraum" befindlich angesehen
und Koordinaten in einer Texturabbildung 101 werden als
im "Texturraum" befindlich angesehen.
Die Ursprünge
für jedes
der Koordinatensysteme können
an jeder Position angeordnet sein, obwohl typischerweise der Ursprung
des Bildraums entweder unten-links oder oben-rechts angeordnet ist.
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Jedes
Pixel in einem Bereich des Anzeigengitters 103 wird auf
einen Punkt auf der Fläche 104 und
seinerseits wieder auf einen Punkt in der Texturabbildung 101 abgebildet.
So wird beim Beispiel von 1 der Punkt
Axy des Anzeigengitters 103 auf den
Punkt Ast in den Koordinaten der Fläche 102 und den
Punkt Auv in der Texturabbildung 103 abgebildet, oder
eine Gruppe von Punkten, die eine Region in der Texturabbildung 101 bilden.
Jede der Abbildungen zwischen dem Anzeigengitter 103, der
Region 102 und der Texturabbildung 101 kann Punkt-zu-Punkt,
Punkt-zu-Region, Region-zu-Punkt oder Region-zu-Region sein. Bei
herkömmlichen
Implementierungen von Texturabbildungssystemen erzeugt das Abbilden
vom Anzeigengitter 103 zur Fläche 104 und wiederum
zur Texturabbildung 101 auch einen Wert d, der den Detailgrad
für das
bestimmte Texel darstellt. Typischerweise ist d ein Maß für den wahrgenommenen
Abstand des Punktes in der Texturabbildung, wie er durch einen z-Wert für den Punkt im
Bildpufferspeicher festgelegt ist. Punkte, die als weiter weg wahrgenommen
werden, haben einen niedrigeren Detailgrad, was eine verringerte Auflösung bedeutet.
Beim Abrufen von Texeln der Texturabbildung 101 wird d
verwendet, um ein multum in parvo-Abbildungs (MIP-Abbildungs) Schema
zu implementieren, wobei mehrere Texel gemittelt (oder auf andere
Weise gefiltert) und auf ein Pixel des Bildpuffers abgebildet werden
können.
Dieses Filtern kann on-the-fly ausgeführt werden oder gefilterte
Pixel können
in mehreren ausgewählten
Auflösungsgraden
vorausberechnet und für
einen späteren
Abruf gespeichert werden, woraus sich eine verbesserte Leistung
ergibt. Je höher
der Wert von d, desto niedriger der Detailgrad und desto mehr Pixel-Filterung wird
ausgeführt.
Im Grenzfall kann theoretisch die ganze Texturabbildung auf ein
Pixel im Bildpufferspeicher reduziert werden.
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Herkömmliche
Rasterisierungs-Funktionsmaschinen(-Engines) ziehen das Bild in
den Bildpuffer mit der bekannten Technik der Abtastumwandlung von
Primitiven, wie Polygonen und Linien (siehe z.B. Foley et al.).
Als Eingabe bei der Abtastumwandlung werden Primitive benutzt, die
im Hinblick auf Eckpunkte und Ausrichtungen definiert sind, und
die Abtastumwandlung liefert als Ausgabe eine Serie von Pixeln,
die auf dem Schirm darzustellen sind. Da jedes Pixel durch Abtastumwandlung
erzeugt wird, führt
eine Rasterisierungs-Funktionamaschine die nötigen Abbildungsberechnungen
aus, um zu bestimmen welches Texel der Texturabbildung 101 dem Pixel
entspricht. Die Rasterisierungs-Funktionamaschine gibt dann die
Speicherbezüge
aus, welche auch immer benötigt
werden, wie einen Texturabruf, einen z-Abruf, ein z-Writeback, einen
Farbabruf, ein Farb-Writeback und ähnliches, um Texel-Informationen
zum Schreiben auf das bearbeitete Pixel abzurufen. Daher werden
Speicherbezüge
ausgegeben in der Reihenfolge, in der sie durch die Abtastumwandlung
erzeugt werden. Herkömmlich
werden solche Speicherbezüge
entsprechend einem first-in first-out (FIFO) Schema unter Verwendung
einer FIFO-Warteschlange
gespeichert und verwaltet.
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Es
ist bekannt, dass sich herkömmliche DRAM-Komponenten
mit seitenweisem Betrieb Zugriffszeit-Strafen zuziehen, wenn auf
Speicherorte von unterschiedlichen Speicherseiten zugegriffen wird.
Zum Beispiel benötigt
in einigen Speicherarchitekturen (wie SGRAM) ein Zugriff auf eine
offene Seite einen Zyklus, ein Auslesen von einer nicht geöffneten
Seite benötigt
neun Zyklen, ein Schreiben auf eine nicht geöffneten Seite benötigt sechs
Zyklen und ein Zugriff auf eine geöffnete Seite auf einer anderen Bank
benötigt
drei Zyklen. Daher kann sich das oben beschriebene Schema des Ausgebens
von Speicherbezügen
in der Reihenfolge in der sie durch Abtastumwandlung erzeugt werden,
solche Strafen nach sich führen,
da die in Bezug genommenen Gebiete der Texturabbildung 101 in
verschiedenen Seiten liegen können.
Tatsächlich
können
in Abhängigkeit
der Störung
der Texturgrenzen, die aus der bestimmten verwendeten Abbildungstransformation
resultiert, die aus der Reihenfolge der Abtastumwandlung erzeugten
Bezüge
ein wiederholtes Seitenschalten nach Vorn und nach Hinten benötigen, das
auch als "thrashing" bekannt ist. Da
die Speicherbandbreite im Allgemeinen die Engstelle bei einer schnellen
Erzeugung von dreidimensionalen Bildern ist, resultiert aus solchen
wiederholten Seitenwechseln eine verringerte Leistung.
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Zusätzlich verwenden
viele Speichersysteme ein Stoßbetrieb-Zugriff
Schema, wobei eine gemeinsame Speicherressource für eine bestimmte Zeitspanne
einem Prozess zugänglich
gemacht wird und dann für
diesen Prozess unzugänglich
ist, während
sie andere Prozesse bedient. Um die Datenübertragung zu maximieren, ist
es vorteilhaft, Seitenbrüche
innerhalb eines Stoßes
zu vermeiden. Im Wesentlichen heißt das, wenn ein Prozess einmal
Zugriff auf die gemeinsame Speicherressource hat, ist es für den Prozess
effizient, den Zugriff beizubehalten bis das gewünschte Datensegment übertragen
wurde; Seitenbrüche
können
bewirken, dass der Zugriff auf andere Prozesse verschoben wird,
wodurch die Leistung weiter verringert wird.
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Das
Bilden von Kacheln hat sich bei der Verbesserung der Datenübertragung
im Stoßbetrieb-Zugriff
und bei der Verringerung der Seitenbrüche als nützlich herausgestellt. Wieder
im Bezug auf 1 wird gezeigt, wie der Texturraum 101 in
vier Flächen 110, 111, 112, 113 aufgeteilt
ist, entsprechend den Seiten im Speicher. Dies ist ein Beispiel
eines typischen Kachel-Schemas, wobei jede Fläche (oder Kachel) in einer
Seite des Speichers gespeichert ist, so dass jede Abtastung innerhalb
einer Kachel keine Seitenbrüche
verursacht. Im Allgemeinen treten Seitenbrüche nur auf, wenn die Abtastung
einer Kachel abgeschlossen ist und die Abtastung einer anderen Kachel
beginnt. Typischerweise ergibt das Schema des Speicherns in Kacheln
einen verbesserten Durchlaufweg, der Seitenbrüche im Vergleich zum linearen
Durchlauf reduziert.
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Kacheln
und zugeordnete Seiten können
irgendeine Abmessung haben, so zum Beispiel 32×32 Pixel für eine Summe von 1024 Pixeln.
Bei 16-bit Pixeln entspricht dies einer Seitenabmessung von 2KB.
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Nimmt
man nun Bezug auf 1A und 1B, so
wird ein Beispiel eines Vorteils eines Kachel-Adressierungs-Schemas
gezeigt. 1A zeigt eine Primitive 120,
die in einem linearen Adressierung-Schema dargestellt ist. In Abhängigkeit
der Breite des Bildpuffer und des Seitenabmessung kann jede Abtastlinie 120 im
Speicher auf ihrer eigenen Seite abgebildet werden. Zum Beispiel
bei einer Breite des Bildpufferspeichers von 1024 und einer Höhe von 768
kann eine 2KB Seite eine einzelne Abtastlinie beinhalten, falls
jedes Pixel eine 16-bit-Tiefe hat. Daher würde jedes Liniensegment der
Primitiven 120 auf einer anderen Seite gespeichert werden
und bis zu acht Seitenbrüche
würden
benötigt
werden, um die Primitive 120 wiederzugeben (zu rendern).
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Demgegenüber zeigt 1B eine
Primitive 120, die in einem Kachel-Adressierungs-Schema dargestellt ist.
Falls die gesamte Primitive in eine einzige Kachel 122 passt,
werden keine Seitenbrüche benötigt, um
die Primitive 120 wiederzugeben.
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Selbst
wenn die Primitive 120 eine Vielzahl von Kacheln überspannt,
werden im Allgemeinen weniger Seitenbrüche benötigt als bei dem linearen Adressierungs-Schema
von 1A.
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Das
oben beschriebene Kachel-Adressierungs-Schema kann auf die Bildspeicherung
angewandt werden und kann ebenfalls auf Farbspeicher und/oder z-Speicher ausgeweitet
werden.
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Im
Stand der Technik wurde ebenfalls der Versuch unternommen mit anderen
Techniken Seitenbrüche
zu minimieren, sowohl für
lineare als auch für
Kachel-Zugriff-Schemata.
Ein Beispiel ist die Verwendung von spezialisierten Speichern anstelle
von herkömmlichen
Speicherkomponenten mit seitenweisem Betrieb. Siehe zum Beispiel
H. Fuchs und J. Poulton, "Pixel-Planes:
A VLSI-Oriented Design for a Raster Graphics Engine", in VLSI Design,
Vol.2, Nr. 3, 1981; M. Deering et al., " FBRAM: A New Form of Memory Optimized
for 3D Graphics," in
Computer Graphics, Proceedings of SIGGRAPH, 1995; A. Schilling et
al., "Texram: A
Smart Memory for Texturing," in
IEEE Computer Graphics and Applications, 1996. Solche Systeme verbessern
im Allgemeinen die Speicherbrandbreite, zum Beispiel durch das direkte
Zuordnen des Speichers zum Verarbeiten auf einem anwendungsspezifischen
integrierten Schaltkreis (ASIC) oder durch das Zuordnen der Logik
zum Speicher direkt auf einem DRAM-Chip. Siehe A. Schilling et al. Jedoch
benötigen
solche Techniken hochspezialisierte Komponenten, die im Allgemeinen teurer
als herkömmliche
DRAM mit seitenweisem Betrieb sind.
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Ein
anderer Versuch die Speicherbandbreite zu reduzieren ist in K. Akeley, "RealityEngine Graphics" in Computer Graphics,
Proceedings of SIGGRAPH, 1993 beschrieben. Akeley beschreibt ein System
mit extremer Speicherverschachtelung. Diese Technik benötigt bedeutend
mehr Speicherchips als herkömmliche
Speichersysteme und ist demzufolge teurer.
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Ein
Textur-Cachespeicher kann verwendet werden, um die Zugriffsbandbreite
zur Texturabbildung zu verbessern. Jedoch ist die Textur-Cachespeicher-Trefferrate
durch die Lokalität
der Texelbezüge
begrenzt. Eine schlechte Lokalität
kann ein übermäßiges Austauschen
von Texeln in und aus dem Textur-Cachespeicher ergeben. Herkömmliche Abtastlinien-orientierte
Durchlauf-Algorithmen können
eine schlechte Lokalität
ergeben, insbesondere wenn die Texturprimitiven eigentümlich geformt
sind. Wenn wie herkömmlich
zum Beispiel Dreiecke als Texturprimitive verwendet werden, kann
ein sehr langes und schmales Dreieck eine ausreichende Länge entlang
einer x-oder einer
y-Achse überspannen,
so dass zu dem Zeitpunkt an dem das Ende eines Bereichs erreicht
wird, der Anfang des Bereichs nicht länger im Textur-Cachespeicher
zwischengespeichert ist. Wenn daher der Durchlauf des nächsten Bereichs
beginnt, sind die benötigten
Texels nicht länger
zwischengespeichert und müssen
vom Haupttexturspeicher abgefragt werden. Mit anderen Worten eine
Textur-Cachespeicher Auslagerung, die auf der Lokalität basiert,
kann eine schlechtere Trefferrate ergeben, wenn bestimmte Formen
wiedergegeben werden (wie lange schmale Dreiecke).
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Techniken
zur Texel-Umordnung können
verwendet werden, um die Lokalität
zu verbessern. Jedoch ist die Effektivität dieses Ansatzes durch die
Abmessung des Zugriffpuffers begrenzt und kann immer noch in einigen
Situationen dabei scheitern, das Problem der Lokalität im Texturraum
zu lösen,
wenn die Grafikprimitiven eine unregelmäßige Form haben. Die Texel-Umordnung
kann durch das Durchlaufen von zwei oder mehr Abtastlinien als eine
Gruppe erhöht
und die Lokalität
verbessert werden. Dieser Ansatz ergibt eine zusätzliche Komplexität, da Fragen
zur Rechenzeitvergabe entstehen bei der Bestimmung welche Abtastlinie
als nächstes verarbeitet werden
soll. Diese erhöhte
Texel-Umordnung benötigt
ebenfalls eine erhebliche Rückmeldung
vom Sortier-Algorithmus und kann beträchtlliche Fragen zum Hardware-Design
herbeiführen,
die aus der Wartezeit und der Verifikation resultieren.
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Obwohl
die oben beschriebenen Techniken bei der Verbesserung der Wiedergabeeffizienz
etwas effektiv sein können,
tritt das unnötige
Seitenschalten immer noch auf. Insbesondere ergibt sich aus dem Stoßbetrieb-Zugriff
auf den Texturraum ein unnötiges thrashing
der Seiten und eine begrenzte Wiederverwendung von zwischengespeicherten
Flächen
aufgrund der schlechten Lokalität
der Texel-Bezüge.
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Ein
weiteres Problem ergibt sich, wenn der Stoßbetrieb-Zugriff verwendet
wird, um auf einen Texturspeicher zuzugreifen. Der Stoßbetrieb
frägt typischerweise
ein Datensegment mit einer festen Länge ab, die der Breite des
Speicherbuses (z.B. 64 Bit oder 128 Bit) entspricht. Daher ruft
der Stoßbetrieb-Zugriff
auf den Texturraum typischerweise mehr Daten ab, als sofort benötigt werden.
Herkömmliche Texturspeichermechanismen
speichern die nicht benötigten
Daten zur späteren
Wiederverwendung nicht angemessen zwischen. Daher können zusätzliche
Zugriffe auf diese Daten erzeugt werden, wo eine verbesserte Lokalität ein effektiveres
Zwischenspeichern und Wiederverwenden der zuvor abgerufenen Datensegmente
ergeben hätte.
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Im
Artikel "Talisman:
Commodity Realtime 3D Graphics for the PC", Computer Graphics Proceedings, Annual
Conference Series, 1996, S. 353–363, schlagen
Torborg et al. ein Verfahren zur Verarbeitung von 3D-Objekten als
Primitive vor. Dabei werden Bildebenen in 32×32 Pixelgebiete aufgeteilt,
welche dann einzeln verarbeitet werden, woraus sich eine verringerte
Verarbeitungskapazität
wie beim grafischen Speicher ergibt. Die grafische Verarbeitung beinhaltet
Texturabbilden, Entfernen von versteckten Flächen, Anti-Aliasing und Schattieren.
Anders als andere Techniken wird kein Bildpuffern zum Verarbeiten
verwendet, sondern ein Speichern und Verarbeiten auf einer Vielzahl
unabhängiger
Bildebenen, welche dann in Videogeschwindigkeiten zusammengesetzt
werden, um die Videosignale zu erzeugen.
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Was
benötigt
wird, ist ein System und ein Verfahren, zum Verringern der Speicherbandbreite durch
ein Minimieren des Seitenschaltens in herkömmlichen Speichern mit seitenweisem
Betrieb, um so die Leistung von Grafik- Funktionsmaschinen für einen weiten Bereich von
Client-Algorithmen zu verbessern, ohne dabei die Anzahl der Komponenten oder
die Gesamt-Kosten wesentlich zu erhöhen. Was speziell benötigt wird,
ist ein System und Verfahren, zum Verbessern der Lokalität von Texel-Bezügen gegenüber den
bestehenden Kantendurchlauf- und Bereichsdurchlauftechniken, und
ein verbessertes Stoßzugriff-Schema
für den
Texturraum, das eine verbesserte Wiederverwendung von abgefragten
Daten ergibt.
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Die
Erfindung wird in Anspruch 1 bzw. 18 definiert.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein System und ein Verfahren zum block- und bandorientierten
Durchlauf beim Wiedergeben (Rendern) von Dreiecks-Primitiven bei
einem dreidimensionalen grafischen System vorgesehen, um das Seitenschalten
zu minimieren und die Leistung der Grafik-Funktionsmaschine zu erhöhen.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet einen Textur-Cachespeicher, um die
Bandbreite des Zugriffs auf die Texturabbildung zu verbessern. Eine maximierte
Bandbreite wird durch Verwenden eines Stoßbetrieb-Zugriffs auf Hochgeschwindigkeits-Cachespeicher
mittels eines Schemas erreicht, das eine verbesserte Wiederverwendung
von zuvor abgerufenen Daten vorsieht. Der Textur-Cachespeicher speichert Texel, die einer
bestimmten Region zugeordnet sind, um den Zugriff zu verbessern.
Eine Lokalität
im Texturraum ist durch die Texturkoordinate eines jeden Pixels
bestimmt. Der Textur-Cachespeicher hat eine endliche Abmessung;
deshalb werden Teile des Cachespeichers ausgelagert, wenn es weniger
wahrscheinlich wird, dass unmittelbar auf sie zugegriffen wird.
Die Auslagerung wird entsprechend der Lokalität ausgeführt. Daher verbessert sich
die Textur-Cachespeicher-Trefferrate, welche die Rate darstellt
mit der auf Texel durch Bezugnahme auf den Textur-Cachespeicher zugegriffen
wird, wenn die Lokalität
des Durchlaufs verbessert wird. Die vorliegende Erfindung ist auf
eine verbesserte Lokalität
von Texel-Bezügen
gerichtet, um so die Textur-Cachespeicher-Trefferrate zu verbessern,
insbesondere in Verbindung mit dem Stoßbetrieb-Zugriff.
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Die
Dreieckswiedergabe wird durch die bekannten Techniken des Kantendurchlaufs
und Bereichdurchlaufs ausgeführt.
Jeder Bereich des Dreiecks wird bestimmt und dann durchlaufen.
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Um
sich auf die oben diskutierten Probleme zu beziehen, verwendet eine
Ausgestaltung der folgenden Beschreibung das Bilden von Kacheln,
ein verbessertes Textur-Speicher-Schema, und eine modifizierte Durchlauftechnik,
um die Lokalität
der Texel-Bezüge
zu verbessern und dadurch die Trefferrate zu erhöhen.
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Das
Bilden von Kacheln verbessert die Lokalität der Bildraumabtastung, wie
oben beschrieben. Typischerweise benötigt eine Wiedergabe von Primitiven
im Bildraum weniger Seitenumbrüche,
wenn ein Kachel-Adressierungs-Schema verwendet wird.
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Bei
einer Ausgestaltung verwendet die vorliegende Erfindung weiterhin
ein verbessertes Textur-Speicher-Schema, wodurch der Texturraum
in "Quadrate" (welche nicht tatsächlich quadratisch
sein müssen,
sondern rechteckig sind oder eine andere Form haben können) einer
bestimmten Größe unterteilt
wird, wie 4×4
Texel. Jedes Textur-Quadrat wird in einer zusammenhängenden
Region des Speichers repräsentiert.
Ein Stoßbetrieb-Zugriff
gemäß einer festgelegten
Bit-Ausrichtung und Breite des Speicherbuses ergibt ein Abrufen
von mehr Daten, als zum Wiedergeben des bestimmten, in Verarbeitung
stehenden Liniensegments benötigt
wird. Das abgerufene Datensegment wird zur späteren Verwendung zwischengespeichert.
Das verbesserte Textur-Speicher-Schema sieht eine verbesserte Trefferrate
für das
zwischengespeicherte Datensegment vor, indem die diagonale Ausrichtung
von typischen Liniensegmenten im Texturraum ausgenützt wird. Speziell
dienen Textur-Quadrate dazu, Seitenbrüche zu verringern, wenn der
Textur-Cachespeicher durchlaufen wird.
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Schließlich verwendet
die vorliegende Erfindung ein Schema zum Durchlaufen des Bildraums, das
eine verbesserte Lokalität
von Textur-Zugriffen vorsieht. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterteilt
das Bild in eine Vielzahl von Blöcken
oder Bändern
im Bildraum. Jeder Block oder jedes Band hat eine feste Breite und
Höhe, wie
zum Beispiel 8×8 Pixel
oder 16×16
Pixel. Eine Bildprimitive wie ein Dreieck kann jede Anzahl von Blöcken oder
Bändern im
Bildraum überspannen.
Der Teil der Primitiven, der in irgendeinem bestimmten Block oder
Band liegt, kann daher als eine Vielzahl von horizontalen Bereichen
ausgedrückt
werden, wobei jeder Bereich entsprechend der festen Breite der Blöcke oder
Bänder eine
maximale Breite hat. Bestimmte Durchlauf-Wege werden gemäß der geometrischen
Merkmale der wiedergegeben Primitiven ausgewählt.
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Ein
MIP-Abbildungstextur-Abbildungs-Schema verwendet einen geeigneten
Detailgrad (level of detail, LOD), der basierend auf dem vorhandenen Texturraum
und der Größe der wiedergegebenen
Primitiven festgelegt wird. Der LOD stellt daher einen Skalierungsfaktor
dar, der durch Mitteln oder anderes Filtern von Pixelwerten für einen
Satz von Pixeln im Bildraum implementiert wird, um einen Texelwert
für ein
einzelnes Texel im Texturraum abzuleiten. Die Rechengeschwindigkeit
wird durch das Beschränken der
LOD-Skalierungsfaktoren auf Zweierpotenzen verbessert, obwohl das
keine Vorraussetzung der vorliegenden Erfindung ist.
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Jeder
Bereich im Bildraum entspricht einem Liniensegment im Texturraum.
Bei einem gegebenen MIP-Abbildungstextur-Abbildungs-Schema ist die Länge des
Liniensegments im Texturraum deterministisch begrenzt auf weniger
oder gleich 1,41w, wobei w die feste Größe der Blöcke oder Bänder im Bildraum ist.
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Für eine feste
Größe von 8
Pixeln im Bildraum ist die maximale Länge eines Liniensegments im
Texturraum 1,41 × 8
= 11,28, was sich zu 12 Texeln aufrundet. In einigen Fällen, in
denen gebrochene Skalierungskomponenten eher durch Kürzen als
durch Runden aufgelöst
werden, wie später
unten detaillierter erklärt
wird, kann ein Maximum eines Liniensegments im Texturraum 16 Pixel
erreichen. Ein Textur-Cachespeicher
mit einer Größe von 12×12 (oder
wenn Kürzen
verwendet wird, 16×16)
Texeln wird daher gewährt,
damit es möglich
ist, die volle Breite oder Höhe
einer Block- oder Bandunterteilung jeglicher Primitiven zu speichern,
so dass ein Durchlaufen der unterteilten Primitiven keine Auslagerung des
Textur-Cachespeichers benötigt.
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Bei
einer vorgegebenen festen maximalen Größe irgendeines Segments im
Texturraum (12 Texel oder 16 Texel im obigen Beispiel) muss eine
vorgegebene Anzahl von Textur-Cachespeicher-Quadraten für einen
zusammenhängenden
Zugriff verfügbar
sein, um die Lokalität
des Speichers zu gewährleisten.
Im idealen Fall, bei dem die Ausrichtung der Segmente im Texturraum
entweder horizontal oder vertikal ist, ist die Anzahl der Textur-Cachespeicher-Quadrate
durch das Teilen der maximalen Segmentlänge im Texturraum durch die
Größe der Textur-Cachespeicher-Quadrate bestimmbar.
Daher könnte
beim obigen Beispiel die maximale Segmentlänge von 12 Texeln durch drei
nebeneinander liegende 4×4
Texel-Quadrate dargestellt werden, wenn die Segmente vertikal oder
horizontal ausgerichtet wären.
Im ungünstigsten
Fall, bei dem das Segment unter 45 Grad im Texturraum ausgerichtet
ist, werden im ungünstigsten
Fall eine Gesamtzahl von 13 Quadraten mit einer Größe von 4×4 benötigt. Wenn
daher 13 Textur-Cachespeicher-Quadrate vorgesehen und für einen
zusammenhängenden
Zugriff verfügbar sind,
ist die Lokalität
für alle
Liniensegmente gewährleistet
für Quadrate
und Bänder
mit 8 Pixeln im Bildraum.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines
Blocks oder Bands mit einer Breite von 8 Pixeln ist, dass solche
Unterteilungen sich normalerweise zu Seitengrenzen ausrichten und
dadurch eine gute Lokalität
im z-Puffer ergeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1.
ist ein Diagramm, das Textur-Abbilden gemäß dem Stand der Technik zeigt.
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1A ist
ein Diagramm, das ein lineares Adressierungs-Schema gemäß dem Stand
der Technik zeigt.
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1B ist
ein Diagramm, das ein Kachel-Adressierungs-Schema gemäß dem Stand
der Technik zeigt.
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2A ist
ein Diagramm, einer Dreiecks-Primitiven im Bildraum gemäß dem Stand
der Technik.
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2B ist
ein Diagramm eines Textur-Bildes im Texturraum gemäß dem Stand
der Technik.
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2C ist
ein Diagramm einer Textur-abgebildeten Dreiecks-Primitiven im Bildraum
gemäß dem Stand
der Technik.
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3 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Kanten- und Bereichsdurchlauf
gemäß dem Stand
der Technik.
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4A ist
ein Diagramm einer Dreiecks-Primitiven im Bildraum gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4B ist
ein Diagramm eines Blocks im Bildraum zum Durchlaufen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4C ist
ein Diagramm eines Gebiets im Texturraum, der dem Block von 4B entspricht.
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4D ist
ein Diagramm eines Bandes im Bildraum zum Durchlaufen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Diagramm eines Beispiels des MIP-Abbildungtextur-Abbildens gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein Diagramm einer Implementierung der Texturabbildung mit Quadraten.
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7A und 7B sind
Diagramme eines Liniensegments im Texturraum.
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8 ist
ein Blockdiagramm eines Systems zum Anwenden der vorliegenden Erfindung.
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9A ist
ein Diagramm einer Dreiecks-Primitiven im Bildraum mit einer Liniensegment-Komponente.
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9B ist
ein Diagramm eines Liniensegments im Texturraum.
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9C ist
ein Diagramm, das den Stoßbetrieb-Abruf
eines Liniensegments im Texturraum unter Verwendung eines linearen
Adressierungs-Schemas darstellt.
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9D ist
ein Diagramm, das den Stoßbetrieb-Abruf
eines Liniensegments im Texturraum darstellt, der in Quadrate unterteilt
ist.
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10 ist
ein detailliertes Diagramm, das ein Beispiel eines Liniensegments
im Texturraum zeigt.
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11A bis 11D sind
Diagramme von Durchlauf-Wegen im Bildraum.
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12 ist
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Auswahl eines Durchlauf-Wegs.
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13 ist
ein Diagramm eines Durchlauf-Wegs im Bildraum, einschließlich der
Reihenfolge des Pixel-Durchlaufs.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Nun
wird unter Bezug auf 8 ein System 800 zur
Anwendung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein Texturspeicher 801 enthält eine
zweidimensionale Darstellung einer Textur, die auf Primitive abgebildet
werden soll. Ein Cachespeicher 802 sieht ein temporäres Speichern
von Teilen des Texturspeichers 801 vor, um die Zugriffgeschwindigkeit
zu verbessern, wie unten detaillierter beschrieben wird.
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Grafikprimitive
sind in einem Primitiven-Speicherteil des Speichers (nicht gezeigt)
gespeichert und legen die Abmessung und die Form der grafischen
Elemente fest, wie anzuzeigende Dreiecke oder andere Polygone. Primitive
werden durch ein Dreieck-Setup-Modul 810 verarbeitet
und unter Verwendung eines Kantendurchlauf-Moduls 809 und
eines Bereichdurchlauf-Moduls 808 durchlaufen, um die unten
beschriebenen Abtast- und Durchlauftechniken zu implementieren.
Eine Texturabbildungs-Funktionsmaschine(-Engine) 803 führt die Operation
des Abbildens von Texturen, die im Texturspeicher 801 gespeichert
sind, auf Primitiven aus. Ein Pixelverarbeitungs-Modul 807 führt dann das z-Puffern, Texturbeleuchten,
Vernebeln, Alphavermischen und andere Pixeloperationen aus und schreibt das
resultierende Wiedergabe-Bild in den Bildpufferspeicher 805 oder
einen anderen Videospeicher. Das Bild im Bildpufferspeicher 805 wird
an die Anzeige 806 übermittelt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Operation der Texturabbildungs-Funktionsmaschine 803 und
ihre Beziehungen zu den anderen Komponenten der 8.
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Nimmt
man nun Bezug auf 2A, so ist eine Dreiecks-Primitive 200 im
Bildraum gezeigt, die durch das Zugreifen auf eine Texturabbildung 219 im Texturraum
wiedergegeben wird. Die Primitive 200 stellt typischerweise
ein Element eines Grafikbildes auf dem Anzeigenschirm 806 dar
und die Texturabbildung 219 enthält ein Grafikmuster oder Bild 220,
das auf die Primitive 200 abgebildet werden soll. Das Bild 220 in
der Texturabbildung 219 kann verzerrt werden, wenn es auf
die Primitive 200 abgebildet wird, um so den Eindruck zu
erwecken, dass es unter einem Winkel im dreidimensionalen Raum betrachtet
wird. Zum Beispiel kann in einem Videospiel die Primitive 200 einen
Teil eines Raumschiffs, das durch den Raum fliegt, darstellen und
die Texturabbildung 219 kann ein Grafikbild der Markierungen
und anderer Oberflächenmerkmale
des Raumschiffteils enthalten. Um den Eindruck einer dreidimensionalen
Bewegung zu erwecken, kann der Teil des Raumschiffs, der durch die
Primitive 200 dargestellt wird, gestreckt oder auf andere
Weise verzerrt werden, so dass es erscheint als ob es unter einem
Winkel im dreidimensionalen Raum betrachtet wird. Wenn das Texturbild 220 auf die
Primitive 200 abgebildet ist, ist es ähnlich gestreckt und verzerrt,
um die Wirkung zu erhalten und zu steigern.
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Kanten- und
Bereichsdurchlauf
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Um
das Texturbild 220 auf die Primitive 200 abzubilden
wird typischerweise eine als Kanten- und Bereichdurchlauf bekannte
Technik verwendet. Auch unter Bezugnahme auf 3 ist ein
Ablaufdiagramm eines Kanten- und Bereichsdurchlauf-Prozesses gezeigt.
Sobald die Primitive 200 im Bildraum festgelegt 301 wurde,
werden Bereiche 202 von horizontalen Pixelreihen im Bildraum
festgelegt. Jeder Bereich hat einen eindeutigen y-Wert, der die
Pixelreihe oder den Abstand von der x-Achse darstellt. Jeder Bereich
ist durch zwei Kanten der Primitiven 200 abgegrenzt, von
denen jede durch eine lineare Gleichung definiert sein kann. Zum
Beispiel ist in 2A der Bereich 203 durch
seinen y-Wert 206 festgelegt, der die "Höhe" oder Reihennummer
des Bereichs darstellt. Die Abgrenzungen des Bereichs sind durch
die lineare Gleichungen definiert, die die Kanten 204 und 205 der
Primitiven 200 beschreiben, die ihrerseits wieder von den
drei Dreieckspunkten, die die Primitive 200 festlegen,
abgeleitet sein können.
Um daher die Bereiche 202 festzulegen, sind die Kanten
auf Basis der Merkmale der Primitiven 200 festgelegt und
die Bereiche 202 sind auf Basis der Kanten festgelegt 303. Jeder
Bereich 202 enthält
eine bestimmte Anzahl von Pixeln in Abhängigkeit des Unterschieds zwischen den
Begrenzungskoordinaten der Kanten.
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Die
Primitive 200 wird Bereich-für-Bereich durchlaufen und für jeden
Bereich werden die Pixel innerhalb des Bereichs in der Reihenfolge
von links-nach-rechts verarbeitet. Ein erster Bereich 202 wird
ausgewählt 304 und
ein erstes Pixel 305 innerhalb des ausgewählten Bereichs 202 wird
bestimmt. Typischerweise stellt das erste Pixel des ersten Bereichs
das ganz linke Pixel des obersten Bereichs dar, obwohl andere Bereichsdurchlauf-
und/oder Kantendurchlauf-Schemata verwendet werden können, wie
unten in Verbindung mit 11A bis 11D detaillierter diskutiert wird.
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Nimmt
man nun auch auf 2B Bezug, so wird ein Texel
der Texturabbildung 201 abgerufen 306, das dem
ausgewähltem
Pixel entspricht. Ein MIP-Abbildungstextur-Abbilden wird verwendet, wie in der
Technik bekannt, so dass eine Vielzahl von Texeln der Texturabbildung 219 durch
Mitteln oder eine andere Filtertechnik kombiniert werden können, um einen
Wert für
die ausgewählten
Pixel zu erzeugen. Auf diese Weise werden unterschiedliche Detailgrade
unterstützt,
so dass für
sehr kleine Primitive 200 ein unnötiges Abrufen von überflüssigen Texeldaten vermieden
wird. Bei einigen Ausgestaltungen können mehrere Versionen des
Texturabbildungsbildes 220 in unterschiedlichen Detailgraden
gespeichert werden, so dass keine Laufzeitberechnung ausgeführt werden
muss, um gefilterte Pixelwerte mit dem gewünschten Detailgrad zu erzeugen.
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Zum
Zweck der Erläuterung
wird in der vorliegenden Diskussion des Kanten- und Bereichsdurchlaufs angenommen,
dass kein Texelfiltern stattfindet. Daher wird ein einzelnes Texel
abgerufen und seine Daten werden für das ausgewählte Pixel
in der Primitiven 200 wiedergegeben. Zum Beispiel kann das
Pixel 201 der Primitiven 200 dem Texel 221 des Texturbildes 220 entsprechen,
so dass das Texel 221 abgerufen und beim Wiedergeben des
Pixel 201 im Bildraum verwendet werden würde. Andere
Pixel der Primitiven 200 werden ähnlich verarbeitet.
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Eine
Kontrolle wird ausgeführt 307,
um zu bestimmen, ob das Ende des gegenwärtigen Bereichs erreicht wurde.
Diese Kontrolle kann zum Beispiel durch ein Vergleichen der x-Koordinate
des gegenwärtig
ausgewählten
Pixels mit der Begrenzungskante 205 der Primitiven 200 ausgeführt werden. Falls
das Ende des Bereichs noch nicht erreicht wurde, wird das Bereichsdurchlaufen
durch Auswählen 308 des
nächsten
Pixels im Bereich und Wiederholen des Texel-Abrufs 306 fortgesetzt.
Bei einer Ausgestaltung wird die Leistung eher durch Abrufen und Verarbeiten
jedes Bereichs mittels Stoßbetrieb-Zugriff
verbessert, als auf einer Pixel-für-Pixel-Basis. Der Stoßbetrieb-Zugriff
wird unten detaillierter diskutiert in Verbindung mit 9A bis 9D.
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Ein
Texel-Abruf 306 für
fortlaufende Texel während
des Bereichsdurchlaufs wird durch ein Bestimmen eines Texel-Durchlaufvektors
im Texturraum ermöglicht,
der einer Bewegung eines einzelnen Pixel im Bildraum entspricht.
Der Texturdurchlaufvektor stellt eine Entfernung und eine Richtung
des Durchlaufs im Texturraum dar, der einem Durchlauf eines einzelnen
Pixels in der x-Richtung im Bildraum entspricht. Der Texel-Durchlaufvektor
hängt daher
von den relativen Größen und
Ausrichtungen der Bildraums-Primitiven 200 und der Texturabbildung 220 ab.
Im Allgemeinen ergibt eine relativ große Primitive 200,
die wie in 2A gezeigte, einen relativ kleinen
Texel-Durchlaufvektor, da der Durchlauf eines einzelnen Pixels im
Bildraum weniger als einen Ein-Texel-Durchlauf im Texturraum darstellt;
daher können
zwei oder mehr aufeinanderfolgende Pixel auf das gleiche Texel im
Texturbild 220 abgebildet werden. Umgekehrt ergibt eine
relativ kleine Primitive 200 einen relativ großen Texel-Durchlaufvektor,
da die Texturabbildung herunterskaliert ist und einzelne Texel ausgelassen
werden können.
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Sobald
das Ende des Bereiches erreicht wurde, wird eine Kontrolle ausgeführt, um
zu festzustellen 309, ob weitere Bereiche 202 vorhanden
sind. Diese Kontrolle kann zum Beispiel durch ein Vergleichen des
y-Wertes des gegenwärtigen
Bereichs mit den y-Wert Eigenschaften der Primitiven 200 ausgeführt werden.
Falls zusätzliche
Bereiche bestehen, wird der nächste
Bereich ausgewählt 310 und
wie oben beschrieben durchlaufen. Falls keine weiteren Bereiche
bestehen, wurde die Primitive voll wiedergegeben und ist bereit
zur Anzeige.
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Nimmt
man nun auch auf 2C Bezug, so ist ein Beispiel
einer wiedergegebenen Primitiven 240 mit der gleichen Form
wie die der Primitiven 200 gezeigt, die aber jetzt ein
Muster enthält,
das durch ein Abbilden des Texturabbildungsbildes 220 auf
die Primitive 200 erzeugt wurde.
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Das
oben beschriebene Verfahren zum Bereichsdurchlauf schließt allgemein
ein sequentielles Verarbeiten der Pixel ein, da der horizontale
Durchlauf der Reihe nach auf jedes Pixel zugreift. Das Speichern
von Pixeldaten im Speicher erfolgt im Allgemeinen in einem von links-nach-rechts
Muster, bei dem benachbarte Pixel in benachbarten Speicherstellen
gespeichert werden. Daher wird der horizontale Durchlauf für den Bereichsdurchlauf
typischerweise durch ein Zugreifen auf aufeinanderfolgende Speicherstellen
im Bildspeicher 805 implementiert. Die Lokalität des Speichers
während
des Bereichsdurchlauf-Prozesses von einzelnen Bereichen wird erhalten
und Seitenumbrüche
werden im Allgemeinen vermieden, um so die Leistung zu erhöhen.
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Wenn
jedoch das Ende eines Bereichs erreicht ist und der nächste Bereich
bearbeitet werden soll, kann eine Unstetigkeit beim Abrufen der
Pixeldaten-Speicheradresse
entstehen. Mit anderen Worten, die Speicherstelle für das letzte
Pixel in einem gegebenen Bereich könnte nicht an die Speicherstelle
für das
erste Pixel im nächsten
Bereich angrenzen. Wenn Bereiche ausreichend lang sind, kann der Sprung
von einem Bereich zum nächsten
einen Seitenbruch verursachen und dabei wie oben beschrieben die
Leistung beeinträchtigen.
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Block- und
bandorientierter Durchlauf
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Nimmt
man nun auf 4A Bezug, so ist eine Primitive 200 im
Bildraum mit einer ähnlichen Größe und Form
wie zuvor in 2A dargestellt. Blöcke 401 mit
festen x- und y-Größen werden
verwendet, um den Bildraum und die Primitive 200 zu unterteilen.
Bei einer Ausgestaltung sind die Größen der Blöcke 401 acht Pixel
auf acht Pixel, obwohl jede passende Größe verwendet werden kann.
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Das
Bereichsdurchlaufen läuft
unter Verwendung eines Block-für-Block
Durchlauf-Schemas ab, um so die Lokalität des Speichers zu verbessern
und die Seitenbrüche
zu reduzieren. Nimmt man nun auch auf 4B Bezug,
so ist eine Primitive 200 im Bildraum mit einem Block 402 gezeigt,
der für
einen Durchlauf gekennzeichnet ist. Zum Zweck der Erläuterung
ist Block 402 mit einer Breite von acht Pixeln und einer
Höhe von
acht Pixeln gezeigt. Die Bereiche 403 sind wie oben beschrieben
festgelegt, aber mit dem zusätzlichen
Begrenzer der Blockgrenzen. Der Blockgrenzen-Begrenzer gewährleistet,
dass alle Bereiche eine maximale Länge haben, die der horizontalen
Größe des Blocks
entspricht. Die Größe kann ausreichend
klein gewählt
werden, um Seitenbrüche zu
vermeiden, wenn von einer Abtastlinie zur nächsten gesprungen wird.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung werden Bänder anstelle der Blöcke 401 verwendet,
wobei die Bänder
eine feste x-Größe oder
feste y-Größe haben.
Nimmt man nun auch auf 4D Bezug, so ist eine Primitive 200 im
Bildraum gezeigt, die eine ähnliche
Größe und Form
wie zuvor in 2A gezeigt hat. Hier sind Bänder 405 anstelle
der Blöcke 401 festgelegt.
Bandgrenzen dienen als Begrenzer für den Bereichsdurchlauf und
gewährleisten
eine maximale Bereichslänge,
die der Band-Größe entspricht. Wie
bei Block-Größen können Band-Größen ausgewählt werden,
um Seitenbrüche
beim Springen von einer Abtastlinie zur nächsten zu vermeiden.
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Wie
für Fachkundige
offensichtlich, können alternative
Ausgestaltungen verwendet werden, die andere Formen der Unterteilung
verwendet werden, wie horizontale Bänder oder Blöcke mit
veränderlicher
Form, ohne vom Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bei
der Ausführung
eines Durchlaufs mittels Blöcken
oder Bändern
wählt die
bevorzugte Ausgestaltung aus vier verschiedenen Durchlauf-Wegen aus.
Nimmt man nun auf 11A bis 11D Bezug,
so sind Durchlauf-Wege 1101 zum Durchlaufen der Kacheln 122 gezeigt. 11A zeigt einen links-nach-rechts, von oben-nach-unten
Weg; 11B zeigt rechts-nach-links,
von oben-nach-unten; 11C zeigt links-nach-rechts,
von unten-nach-oben; und 11D zeigt
rechts-nach-links, von unten-nach-oben.
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Ähnliche
Durchlauf-Wege können
auch auf Unterteilungen in Kachelform angewendet werden. Durchlauf-Wege,
die eher vertikale Abtastlinien als horizontale Abtastlinien einschließen, können auch implementiert
werden.
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Nimmt
man nun auf 12 Bezug, so ist ein Verfahren
zum Bestimmen gezeigt, welcher Durchlaufweg verwendet werden soll,
gemäß einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Eine Primitive wie ein
Dreieck mit drei Eckpunkten wird angenommen, wobei jeder Eckpunkt
eine x-Koordinate und eine y-Koordinate im Bildraum hat. Zum Zweck
dieser Diskussion wird ein Ursprung (x,y = 0,0) an der oberen linke
Ecke angenommen.
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Die
drei Eckpunkte sind nach ihrer y-Koordinate geordnet 1201 und
mit 0, 1, 2 gekennzeichnet. Daher hat der Eckpunkt 1 eine y-Koordinate
zwischen den y-Koordinaten
der Eckpunkte 0 und 1. Falls der Eckpunkt 1 rechts vom Liniensegment,
das die Eckpunkte 0 und 2 verbindet, liegt (Schritt 1202), wird
ein links-nach-rechts Durchlauf ausgewählt 1203. Sobald diese
Auswahl vorgenommen wurde, werden die x-Koordinaten der Eckpunkte 0 und 2 verglichen 1204.
Falls die x-Koordinate des Eckpunkts 2 kleiner als die x-Koordinate
des Eckpunkts 0 ist, wird ein von unten-nach-oben Durchlauf ausgewählt 1205.
Dies ist der der in 11C gezeigte Durchlaufweg. Andernfalls
wird ein von oben-nach-unten Durchlauf ausgewählt 1207, welcher
der in 11A gezeigte Weg ist.
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Falls
bei 1202 der Eckpunkt 1 nicht rechts vom Liniensegment
liegt, das die Eckpunkte 0 und 2 verbindet, wird ein rechts-nach-links
Durchlauf ausgewählt 1208.
Sobald diese Auswahl vorgenommen wurde, werden die x-Koordinaten
der Eckpunkte 0 und 2 verglichen 1209. Falls die x-Koordinate
des Eckpunkts 2 kleiner als die x-Koordinate des Eckpunkts 0 ist, wird
ein von oben-nach-unten Durchlauf ausgewählt 1207. Dies ist
der in 11B gezeigte Durchlaufweg. Andernfalls
wird der von unten-nach-oben
Durchlauf ausgewählt 1205,
welcher der in 11D gezeigte Weg ist.
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Die
Durchlaufwege, die in 11A bis 11D gezeigt sind, beziehen sich auf Blöcke oder Bänder. Innerhalb
der Blöcke
oder Bänder
werden einzelne Pixel durchlaufen. In einer Ausgestaltung wird der
Durchlauf von individuellen Pixeln entsprechend einem Weg ausgeführt, der
analog zum Block-Durchlaufweg ist, obwohl andere Wege verwendet
werden können.
Nun wird in Bezug auf 13 ein Beispiel für einen
Einzel-Pixel-Durchlauf gezeigt, entsprechend einem von links-nach-rechts, von
unten-nach-oben Durchlaufweg. Die Wiedergabe-Reihenfolge von einzelnen
Pixeln wird durch Zahlen 1 bis 117 angezeigt.
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Nimmt
man wieder in Bezug auf 4B, so enthält Block 402 eine
Anzahl von Abtastlinien 403, die durch die vertikale Größe des Blocks 402 begrenzt
wird. Wie zuvor bemerkt, ist die Breite jeder Abtastlinie durch
die horizontale Größe des Blocks 402 begrenzt.
Beim gezeigten Beispiel ist jede dieser Größen acht Pixel. Auch in Bezug
auf 4C wird eine Texturabbildung 219 gezeigt,
die ein Texturbild 220 enthält, wie oben in Verbindung
mit 2B beschrieben. Das Quadrat 420 des Texturraums
stellt das Gebiet des Texturbildes 220 dar, das dem Block 402 von 4B entspricht.
Daher wird auf die Texel, die im Quadrat 420 des Texturraums
enthalten sind, beim Prozess des Durchlaufens des Blocks 402 sequentiell
zugegriffen. Falls ein Textur-Cachespeicher 802 implementiert
wird, resultiert aus der verbesserten Lokalität im Texturraum eine verbesserte
Leistung beim Zugriff auf einzelne Texel. Es ist vorteilhaft, wenn
die Speicherstellen, die Texel-Darstellungen für Texel im Quadrat 420 enthalten,
in ausreichender unmittelbarer Nähe
zueinander zu liegen, um so Seitenbrüche bei Speicherzugriffen im
Texturraum zu vermeiden und die Verwendung des Textur-Cachespeichers 802 zu
maximieren. Insbesondere wird der Stoßbetrieb-Zugriff auf den Textur-Cachespeicher 802 bei
ausreichender Lokalität
und Zusammenhang der Speicheradresse ermöglicht. Wie im Fachgebiet bekannt,
liefert der Stoßbetrieb-Zugriff
eine bedeutend gesteigerte Leistung bei Abrufoperationen.
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Bei
der bevorzugten Ausgestaltung werden die Größe des Quadrats 402 und
die Abmessung des Textur-Cachespeichers unter Berücksichtigung
der Lokalität
des Texturraums ausgewählt,
um so die oben beschriebenen Ziele zu erreichen. Zum Beispiel ist
für ein
Quadrat 402 mit einer Größe von acht Pixeln die maximale
Bereichslänge
im Bildraum acht Pixel. Da ein Skalieren beim Ausführen des
Texturabbildens verwendet werden kann, kann ein acht-Pixel Bereich
in Abhängigkeit
vom Skalierungsfaktor einem Bereich von jeder Länge im Texturraum entsprechen.
Um die Unsicherheit der maximalen Bereichslänge im Texturraum zu beseitigen
und auch um die Effizienz bei der Skalierung der Texturabbildung
zu verbessern, wird ein MIP-Abbildungstextur-Abbilden verwendet.
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MIP-Abbildungstextur-Abbilden
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Nimmt
man nun auf 5 Bezug, so ist ein Beispiel
einer MIP-Abbildungstextur-Abbildung
gezeigt. Eine Texturabbildung 501 ist mit einer Größe von 512
Texeln auf 512 Texeln gezeigt. Ein Texturbild in voller Größe ist in
der Texturabbildung 501 gespeichert. Zusätzliche
Darstellungen 502, 503 des Texturbildes mit sukzessive
niedrigeren Detailgraden sind auch gezeigt. Der Detailgrad, repräsentiert durch
einen Wert d, stellt einen Skalierungsfaktor dar, der beim Texturabbilden
verwendet wird. Wenn zum Beispiel das Texturbild auf einer relativ
kleinen Primitiven wiedergegeben werden soll, wie auf einer, die eine
größere wahrgenommene
Entfernung hat, wird weniger Detail benötigt als wenn das Texturbild
auf einer größeren Primitiven
wiedergegeben werden soll. Kleinere Darstellungen 502, 503 werden
erzeugt durch Mitteln oder anderes Filtern benachbarter Texel im
Vollgrößen-Bild 501.
Zum Beispiel wird eine Darstellung 502 eines 256-Texel
Quadrates aus dem Vollgrößen-Bild 501 durch
ein Filtern von Texelwerten für
ein 2×2
Quadrat erzeugt, um einen Texelwert für ein einzelnes Texel in der
kleineren Darstellung abzuleiten. Der Filterprozess wird für sukzessive
größere Sets
von Texeln ausgeführt,
wenn der Detailgrad abnimmt (das 128-Texel Quadrat filtert 4×4 Quadrate
etc.). Im Allgemeinen werden Texelwerte für N Texel in einem M×M Quadrat
gefiltert (gemittelt), um ein Pixel in einer kleineren Darstellung
zu erzeugen, wobei: M
= (Breite des Vollgrößen-Bildes)/(Breite
des kleineren Bildes) (Gl.1)und N = M2 (Gl.2)
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Bei
einer Ausgestaltung werden Texel "on-the-fly" gefiltert, während die Texel zur Wiedergabe
abgerufen werden. Bei einer weiteren Ausgestaltung wird das Filtern
der Texel im Voraus ausgeführt und
mehrere Darstellungen in verschiedenen Abmessungen werden gespeichert.
Mehrere Detailgrade sind daher in einem Berechnungs-Cache gespeichert,
der das Texturbild in verschiedenen Auflösungen enthält. Obwohl diese Technik zu
einer Verwendung von zusätzlichem
Speicherraum für
eine Vielzahl von Texel-Darstellungen führt, verbessert sie die Leistung,
da die Zusatzberechnungen des Skalierens "on-the-fly" vermieden werden. Größen, die
einer Zweierpotenz entsprechen, sind zur Erleichterung der Berechnungen
bevorzugt, jedoch ist dies nicht erforderlich. Ein quadratisches
Texturbild ist zum Zweck der Anschauung gezeigt, obwohl andere Formen
wie Dreiecke und Rechtecke benutzt werden können. Insbesondere kann ein
rechteckiges Texturbild verwendet werden, wobei die Skalierungsfaktoren
entlang der u- und v-Achsen nicht gleich sind, so dass als Konsequenz
eine höhere
Kompressionsrate entlang der einen Achse als entlang der anderen Achse
ausgeführt
wird. Dies kann günstig
sein, wenn zum Beispiel das bestimmte Bild eher eine zusätzliche
Auflösung
entlang einer horizontalen Achse benötigt als entlang einer vertikalen
Achse. Jedoch werden in der folgenden Diskussion einheitliche Skalierungsfaktoren
entlang beider Achsen angenommen.
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Die
oben beschriebene MIP-Abbildungs-Skalierungstechnik ergibt eine
größere Vorhersagbarkeit
der maximalen Bereichslänge
im Texturraum. Im Allgemeinen entspricht ein Ein-Pixel-Durchgang
im Bildraum einem L-Pixel-Durchgang im Texturraum, wobei L vom Detailgrad
(d) der zu verwendenden Darstellung im Texturraum abhängig ist.
Speziell sind L und d miteinander durch den Ausdruck verbunden: L = 2d (Gl.3)oder umgekehrt d = log2L (Gl.4)
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Bei
einer Ausgestaltung wird die Texturabbildungsdarstellung von der
MIP-Abbildungs-Sammlung
von Darstellungen auf Basis von d ausgewählt. Wieder in Bezug auf 5 ist
die Vollgrößen-Darstellung 501 als
0 bezeichnet, die Darstellung 502 als 1 bezeichnet, die
Darstellung 503 als 2 bezeichnet, und sukzessive kleinere
Darstellungen sind mit sukzessive höheren Werten von d bezeichnet.
Falls daher L eine Zweier-Potenz ist, ist d ein ganzzahliger Wert und
eine angemessene Texturabbildungsdarstellung kann ausgewählt werden,
mit einer Texel-Größe, die gleich
der Pixel-Größe L im
Bildraum ist.
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Wenn
zum Beispiel L=4 ist, dann entspricht ein acht-Pixel Bereich im
Bildraum 32 Texeln einer Vollgrößen-Texturabbildungsdarstellung,
da 4×8
= 32 ist. Jedoch wird gegenüber
der Verwendung einer Vollgrößen-Texturabbildungsdarstellung
eher eine skalierte Darstellung verwendet werden, die einem Wert
von d = log24 = 2 entspricht.
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Die
Darstellung 2 hat eine lineare Größe, die einem Viertel der Abmessung
der Darstellung in voller Größe entspricht.
Daher entspricht der acht-Pixel Bildraumbereich einem Texturraumbereich
von acht Pixeln. Mit MIP-Abbildungs-Skalieren und mit einem Wert
von L, der eine Potenz von Zwei ist, ist im Allgemeinen die Pixel-Größe des Bildraumbereichs
immer gleich der Texel-Größe des entsprechenden
Texturraumbereichs.
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Falls
L nicht auf Werte der Potenz von Zwei beschränkt ist, kann d = log2L eine gebrochene Komponente haben. d kann
dann dargestellt werden als d = id + fd (Gl.5)wobei
id die ganzzahlige Komponente und fd die gebrochene Komponente ist.
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Wie
oben diskutiert haben Texelabbildungs-Darstellungen jeweils eine
Bezeichnung, die dem Wert von d entspricht. Bei einer Ausgestaltung, falls
d keine ganze Zahl ist, wird die Texelabbildungsdarstellung ausgewählt, deren
Bezeichnung am dichtesten beim Wert d liegt. Falls daher fd kleiner
als 0,5 ist, wird die Texelabbildungsdarstellung mit der Bezeichnung
id verwendet, und, falls fd größer als
oder gleich 0,5 ist, wird die Texelabbildungsdarstellung mit der
Bezeichnung id + 1 verwendet. Die Texelabbildungsdarstellung, die
sich dem gewünschten
Detailgrad am dichtesten annähert,
wird daher gewählt.
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Falls
fd kleiner als 0,5 ist und die Texelabbildungsdarstellung id verwendet
wird, ist die maximale Größe eines
Texturraumbereichs gegeben durch: (maximaler Bildraumbereich) × 2d/2id (Gl.6)was
dargestellt werden kann als: (maximaler Bildraumbereich) × 2(id+fd)/2id (Gl.7)und
was sich reduziert auf: (maximaler
Bildraumbereich) × 2fd (Gl.8)2fd hat einen maximalen Wert von 20,5 = 1,41, so dass der maximale Texturraumbereich
nie mehr als 1,41-mal dem maximalen Bildraumbereich ist.
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Falls
fd größer als
oder gleich 0,5 ist und die Texelabbildungsdarstellung id+1 verwendet
wird, ist die maximale Größe eines
Texturraumbereichs gegeben durch: (maximaler Bildraumbereich) × 2d/2id +1 (Gl.9)was dargestellt
werden kann als: (maximaler
Bildraumbereich) × 2(id+fd)/2id+1 (Gl.10) und was
sich reduziert zu: (maximaler
Bildraumbereich) × 2fd-1 (Gl.11) 2fd-1 hat einen minimalen Wert von 2-0,5 = 0,71, so dass der maximale Texturraumbereich
nie weniger als 0,71-mal dem maximalen Bildraumbereich ist.
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Bei
einem gegebenen MIP-Abbildungs-Schema ist daher gewährleistet,
dass der Texturraumbereich zwischen 0,71 × (Bildraumbereich) und 1,41 × (Bildraumbereich)
fällt.
Bei einer festen Blockbreite von acht Pixeln und daher einem maximalen
Bildraumbereich von acht Pixeln wird der Texturraumbereich nie 1,41 × 8 = 11,28
Texel überschreiten.
Aufgerundet hat die Breite des Texturraumbereichs eine maximale
Größe von 12
Texeln. Das Textur-Cachespeicher-Auslagern kann daher durch ein Vorsehen
von 12-Texel Bereichsweiten vermieden werden. Im Allgemeinen gewährleistet
das MIP-Abbildungs-Schema, dass keine Seitenbrüche oder Auslagerungen während des
Durchlaufens jedes gegebenen Blocks auftreten, falls der Textur-Cachespeicher 802 Bereiche
von 1,41-mal der Breite des Blocks im Bildraum erlaubt.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung werden gebrochene Komponenten eher
gekürzt
als gerundet, so dass 2fd einen maximalen
Wert von 21,0 = 2,00 hat. In diesem Fall
ist der maximale Texturraumbereich nie mehr als das 2-fache des
Maximums des Bildraumbereichs. Daher ergibt eine maximale Länge von
acht Pixeln im Bildraum eine maximale Texellänge von 16 Texeln.
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Entweder
bei dem gerundeten oder gekürzten
Schema kann eine Unterbrechung wahrgenommen werden, wenn der Wert
von d wechselt, so dass eine andere Darstellung verwendet werden
kann. Bei einigen Anwendungen, wie bei Videospielen, bei denen eine
gleichmäßige Bewegung
gewünscht
ist, kann die Wirkung der Unterbrechung irritierend sein. Entsprechend
wird bei einer anderen Ausgestaltung ein tri-lineares Texturabbildungs-Schema
angewendet, wobei die beiden zwei nächsten Darstellungen gemittelt
(oder auf andere Weise gefiltert) werden, um eine neue Darstellung
zu erzeugen, die sich dem d-Wert dichter annähert. Falls daher zum Beispiel
d = 2,9 ist, werden die Darstellungen für 2,0 und 3,0 abgerufen und
unter Verwendung einer Filtertechnik kombiniert.
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Zum
Beispiel werden von jeder Darstellung vier Texel gemittelt, um zwei
Texelwerte t2,0 und t3,0 zu erzeugen.
Ein neuer Wert wird dann aus t2,0 und t3,0 mittels gewichteter Mittelung erzeugt,
so dass: t2,9 = 0,1(t2,0) + 0,9(t3,0)oder
allgemeiner: td = (1-fd)(tid) + fd(tid+1)
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Das
tri-lineare Abbildungs-Schema sieht eine abgestuftere Verschiebung
von einer MIP-Abbildungsdarstellung zur nächsten vor und vermeidet die oben
beschriebenen wahrgenommenen Unterbrechungen.
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Texturabbildungsquadrate;
Stoßbetrieb-Zugriff
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Bei
einer Ausgestaltung ist die Texturabbildung 101 entsprechend
einer Architektur implementiert, in der die Abbildung in "Quadrate" unterteilt ist, und
der Textur-Cachespeicher 802 speichert Segmente der Texturabbildung 101 auf
einer Quadrat-für-Quadrat
Basis. Der Begriff "Quadrat" wird so verwendet,
dass er sich auf Texturabbildungsunterteilungen bezieht, um solche
Unterteilungen von den zuvor beschriebenen Kacheln oder Blöcken zu
unterscheiden. Jedoch können "Quadrate" tatsächliche jede
Form haben, insbesondere nicht-quadratische Rechtecke.
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Nun
wird in Bezug auf 6 eine Implementierung der Texturabbildung 101 mit
Quadraten 601 gezeigt. Jedes Quadrat 601 enthält eine
Anzahl von Texeln 602. Zur erläuternden Darstellung sind 16
Texel, so gezeigt, dass sie ein Quadrat 601 in einer 4×4-Anordnung
bilden, obwohl jede Anzahl verwendet werden kann. Der Textur-Cachespeicher 802 speichert
Teile der Texturabbildung 101 auf einer Quadrat-für-Quadrat Basis durch
Vorsehen einer Vielzahl von Cachelinien 604, wobei jede
geeignet ist Daten zu speichern, die ein Quadrat 601 beschreiben.
Beim gezeigten Beispiel sind 16 Bits 603 in jeder Cachelinie 604 gezeigt,
die den 16 Texeln 602 in einem Quadrat 601 entsprechen.
Eine Auslagerung vom Textur-Cachespeicher 802 tritt auf
einer Quadrat-für-Quadrat
Basis auf, so dass eine komplette Cachelinie 604 durch
neue Daten ersetzt wird, wenn eine Auslagerung auftritt.
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Die
Auswirkungen der Implementierung der unterteilten Texturabbildung 101 im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind wie folgend. Nun wird
in Bezug auf 9A bis 9D ein
Beispiel für die
Operation der unterteilten Texturabbildung 101 in Verbindung
mit dem Stoßbetrieb-Zugriff
gezeigt. 9A zeigt ein vereinfachtes Beispiel
der Dreiecksprimitiven 120 im Bildraum 103. Ein
einzelnes horizontales Liniensegment 910 ist gezeigt, so
wie es im Bildraum im Verlauf des Zeichnens der Primitiven 120 wiedergegeben
werden würde.
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Nun
ist in Bezug auf 9B ein Liniensegment 902 im
Texturraum 101 gezeigt. Das Liniensegment 902 entspricht
dem Liniensegment 901 gemäß herkömmlicher Texturabbildungs-Techniken,
wie oben beschrieben. Wie es typisch ist für Texturabbildungs-Operationen,
ist das Texturraum-Liniensegment 902 diagonal, obwohl das
entsprechende Bildraum-Liniensegment 901 horizontal ist.
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Nun
wird in Bezug auf 9C ein Beispiel eines Stoßbetrieb-Zugriffs
auf die Texturabbildung 101 im Verlauf des Ausführens von
Texturabbildungs-Operationen gezeigt. Um auf jedes Texel im Liniensegment 902 zuzugreifen,
muss eine Anzahl von sukzessiven Texturraum-Zugriffen ausgeführt werden.
Mit einem Speicherbus mit festgelegter Breite (z.B. 64-bit Breite),
und unter Verwendung des Stoßbetrieb-Zugriffs,
ruft jeder dieser Texturraum-Zugriffe ein Texturraum-Liniensegment 903 entsprechend
der festgelegten Breite ab. Daher stellt in dem gezeigten Beispiel
jedes Liniensegment 903 einen Byte-ausgerichteten zusammenhängenden
64-bit Bereich eines Texturspeichers dar. Ein Stoßbetrieb-Zugriff
erfordert typischerweise, dass alle Textur-Zugriffe auf diese Weise stattfinden,
so dass jeder Zugriff einen Teil des wiederzugebenden Liniensegments 902,
und eine Fläche
des Texturraums 101, der keine unmittelbare Verwendung
hat, einschließt. Der
nicht genutzte Teil jedes abgerufenen Liniensegments 903 kann
in einem Textur-Cachespeicher zur späteren Verwendung gespeichert
werden. Jedoch ist die Zugriffsrate für den Textur-Cachespeicher relativ
niedrig, da nachfolgende Textur-Zugriffe typischerweise eher angrenzende
Reihen als andere Teile der gleichen Reihe einschließen. Daher
ergibt das Reihen-basierte lineare Zugriff-Schema von 9C niedrige
Zugriffsraten für
Textur-Cachespeicher
und die meisten der zwischengespeicherten Teile werden eher verworfen
als wiederverwendet. Nachfolgende Zugriffe auf ein bestimmtes Liniensegment 903 finden
oft weit später
statt, nachdem der Textur-Cachespeicher entleert wurde und benötigen daher
ein Wiederladen ohne den Vorteil des Cachespeichers.
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Nun
wird in Bezug auf 9B ein Beispiel eines Stoßbetrieb-Zugriffs
auf die Texturabbildung 101 mit einer unterteilten Texturabbildung
gezeigt. Hier basiert das Addressierungs-Schema für die Texturabbildung 101 eher
auf "Quadraten" 904 als
auf horizontalen Reihen von Texeln. Zum Beispiel kann ein 64-bit
Stoß eher
ein Quadrat von 4×4
Texeln vorsehen als ein 16 Pixel Liniensegment. Tatsächliche Größen der
Quadrate in Bezug auf die Busbreite hängen von der Bit-Tiefe der
Texel ab.
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Jedes
Quadrat 904 wird in einer Cachelinie des Textur-Cachespeichers 802 gespeichert
und wird wie für
Cachespeicherung bekannt abgerufen oder verworfen. Ein Stoßbetrieb-Zugriff
auf einen bestimmten Teil der Texturabbildung 101 ruft
eher ein Quadrat als ein horizontales Liniensegment ab. Wie beim
Beispiel von 9D ersichtlich, werden ungenutzte
Teile des abgerufenen Stoßes
effizienter für nachfolgende
Teile des Liniensegmentes 902 wiederverwendet. Da im Allgemeinen
Liniensegmente im Texturraum 101 typischerweise diagonal
ausgerichtet sind, gehören
nachfolgende Teile der Liniensegmente oft in das gleiche Quadrat,
sind zuvor zwischengespeicherte Teile, und ergeben daher eine bessere
Lokalität
und Trefferrate als das lineare Addressierungs-Schema das in 9C veranschaulicht
ist.
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Zusätzlich ermöglicht das
unterteilte Texturraum-Schema die Verwendung von weniger Textur-Cachespeicher-Linien
ohne die Zugriffsrate zu verlieren. Jede Textur-Cachespeicher-Linie kann größer sein,
da die Quadrat-Unterteilungsanordnung verbesserte Zugriffsraten
ergibt. Die Verwendung von weniger Cachelinien verbessert die Leistung durch
ein Verringern der Anzahl von Vergleichen, die zum Aufrechterhalten
des Cachespeichers benötigt werden.
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Nun
wird in Bezug auf 7A ein Beispiel einer Texturabbildung 101 mit
Quadraten 601 gezeigt, von denen jedes 16 Texel in einer
4×4-Anordnung enthält. Wie
oben diskutiert entspricht ein acht-Pixel Liniensegment im Bildraum
einem maximalen 12 Texel-Texturraumsegment. Um daher zu gewährleisten, dass
keine Textur-Cachespeicher-Auslagerung
stattfindet, hat der Textur-Cachespeicher 802 bevorzugt eine
ausreichende Größe, um ein
12-Texel Liniensegment zu speichern. 7A zeigt
ein 12-Texel Liniensegment 701, das derart ausgerichtet
und gelegen ist, dass das Liniensegment in drei Texel-Quadraten 601 enthalten
ist. Daher werden bei einer solchen Situation drei Cachelinien 604 benötigt, um
alle benötigten
Texel zur Abbildung des 12-Texel Liniensegments zu speichern.
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Bei
anderen Situationen können
jedoch drei Cachelinien 604 nicht ausreichend für ein 12-Texel Liniensegment
sein. Zum Beispiel hat nun in Bezug auf 7B das Liniensegment 702 eine
Länge von 12
Texeln, ist aber jetzt in einem 45 Grad Winkel ausgerichtet, so
dass es 7 Texel-Quadrate 601 überspannt. Daher werden in
einer solchen Situation 7 Cachelinien 604 benötigt, um
alle zur Abbildung des 12-Texel Liniensegments benötigten Texel
zu speichern.
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Nun
wird in Bezug auf 10 ein detailliertes Beispiel
einer Texturabbildungssituation eines ungünstigsten Falls gezeigt, wobei
ein acht-Pixel Durchgang im Bildraum auf den Texturraum abgebildet
wird. Das gezeigte Liniensegment 1001 enthält acht
Punkte 1021, 1022, ..., 1028, die einen
acht-Pixel Bereich im Bildraum darstellen. Wie oben diskutiert ergibt
ein MIP-Abbildungs-Schema,
das gekürzte
gebrochene Komponenten verwendet, einen maximalen Texturraum-Durchgang
von zwei Texeln für
jeden ein-Pixel-Durchgang im Bildraum. Daher gibt es einen zwei-Texel
Abstand zwischen den Punkten 1021, 1022, ..., 1028 in 10.
Die Linie 1001 ist mit einem 45-Grad Winkel ausgerichtet
und hat einen Endpunkt an der Schnittstelle der vier Texel-Quadrate 1003, 1004, 1005, 1006,
die den ungünstigsten Fall
darstellen. Der Wert des Punktes 1021 wird durch das Filtern
der vier angrenzenden Texel bestimmt, von denen sich jedes in einem
anderen Texel-Quadrat
befindet. Ähnlich
werden Werte für
jeden Punkt 1022, 1023, ..., 1028 bestimmt
durch Filtern der vier an den entsprechenden Punkt angrenzenden Texel.
Es folgt daher, dass die Texel-Quadrate 1003, 1004, 1005,
..., 1015 benötigt
werden, um Werte für alle
acht Punkte im Liniensegment 1001 zu bestimmen. Dies stellt
eine Gesamtzahl von 13 Texel-Quadraten für diesen ungünstigsten
Fall dar.
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Zum
Zwecke der Erläuterung
ist ein zweites Liniensegment 1002 gezeigt, das eine benachbarte Abtastlinie
darstellt. Es kann anhand dieses Beispiels gesehen werden, dass
das Liniensegment 1002 sieben Texel-Quadrate 1005, 1006, 1008, 1009, 1011, 1012 und 1014 wiederverwendet
und einen Zugriff auf fünf
neue Texel-Quadrate erfordert. Das Wiederverwenden ist daher gegenüber herkömmlichen
linienbasierten Textur-Cachespeicher-Schemata deutlich verbessert.
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Falls
bei einem ungünstigsten
Fall, das Kürzen
anstelle von Runden verwendet wird, ist im Allgemeinen die maximale
Anzahl von Texel-Quadraten 13. Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung sind wenigstens 13 Cachelinien 604 für einen Block
mit einer Abmessung von acht Pixeln im Bildraum vorgesehen, um sicherzustellen,
dass eine Textur-Auslagerung nicht stattfindet. Oft werden 16 Cachelinien
vorgesehen, um die Adressierung zu erleichtern.
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Die
obigen Beispiele sind nur Veranschaulichungen von beispielhaften
Ausgestaltungen. Andere Bild-Blockabmessungen, Texel-Quadratabmessungen
und Cachelinien-Längen
könnten
verwendet werden, ohne sich von den grundlegenden Merkmalen der
vorliegenden Erfindung zu entfernen. Zusätzlich wird bei einer alternativen
Ausgestaltung eine nicht-gekachelte Texturabbildung verwendet, so
dass der Textur-Cachespeicher 802 eher auf einer Texel-für-Texel-Basis
als auf einer Quadrat-für-Quadrat Basis
arbeitet, und die oben angegebenen Details zur Implementierung könnten nicht
anwendbar sein.
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Punkte
betreffend die Wartezeit in Verbindung mit der Implementierung der
vorliegenden Erfindung werden auf herkömmliche Weise unter Verwendung
einer FIFO-Warteschlange behandelt, wie in der zugehörigen US-A-5,852,45
1 (Anmelde-Serienr.
08/780,787) beschrieben. Bei einer Ausgestaltung hat der Textur-Cachespeicher 802 eine
ausreichende FIFO-Tiefe, um eine erwartete Operationswartezeit zu
bewältigen.
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Um
zusammenzufassen, ergibt dann das unterteilte Texturraum-Schema
der vorliegenden Erfindung für
jeden Stoß-Zugriff
eher ein quadratisches (oder anderes rechteckiges) Region als ein
eindimensionales Liniensegment und ergibt daher eine verbesserte
Textur-Trefferrate und Wiederverwendung, sowie es die Verwendung
von weniger Cachelinien ermöglicht.
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Wie
zuvor beschrieben, verwendet eine Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ein MIP-Abbildungs-Texturabbildungs-Schema, welches die
Länge eines
Texturraum-Liniensegments auf ein Maximum von 1,41w begrenzt, wobei
w die maximale Länge des
Liniensegments im Bildraum ist. Diese Begrenzung, wenn sie mit der
hier beschriebenen unterteilten Texturraumarchitektur kombiniert
wird, sieht eine Gewährleistung
der Lokalität
vor, falls ein Textur-Cachespeicher mit ausreichender Abmessung
verfügbar
ist. Insbesondere gewährleistet
die MIP-Abbildungs-Texturabbildung,
dass nicht mehr als vier benachbarte Texel (in einem 2×2 Gitter)
benötigt
werden, um einen gefilterten Pixelwert für den Bildraum zu erzeugen.
Mit dem zuvor beschriebenen verbesserten Durchlauf-Schema kann die
absolute Länge eines Liniensegments
im Texturraum begrenzt werden, um so die Trefferrate und Leistung
des Textur-Cachespeichers in einem gegebenen Grad zu gewährleisten.
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Zusätzliche Vorteile
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Wie
von den Fachleuten in diesem Gebiet erkannt wird, bieten Pixelblöcke mit
fester Größe, wie
in der vorliegenden Erfindung verwendet, zusätzliche Vorteile bei bestimmten
grafischen Wiedergabe-Schemata. Speziell bei einigen grafischen
Systemen wird ein z-Puffer verwendet, um wie im Fachgebiet bekannt
einen sichtbare-Flächen-Algorithmus für eine Wiedergabe
von mehreren überlappenden
Objekten im dreidimensionalen Raum zu implementieren. Siehe zum
Beispiel J. Foley et al., auf 668-72. Ein Z-Puffer-Zugriff erfolgt
bevorzugt in einem Stoßbetrieb
für eine
verbesserte Leistung, wobei jede Cachelinie 604 in einem
einzelnen Stoß abgerufen
wird, so wie es in einer ViRGE-2 Grafik-Funktionsmaschine mit vier
Viererwörtern
(Quadwords) pro Cachelinie 604 implementiert sein kann.
Wie zuvor diskutiert sieht das Texel-Quadrat-Schema der vorliegenden Erfindung
eine verbesserte Leistung bei Zugriff-Schemata im Stoßbetrieb
vor. Da die meisten Speicherarchitekturen einen Stoßbetrieb
verwenden, wobei Übertragungen
und Abrufe entlang natürlicher Speichergrenzen
auftreten, die an einer Potenz von Zwei ausgerichtet sind, sieht
die hier als Beispiel beschriebene Acht-Pixel-Block-Größe den zusätzlichen Vorteil
des Ermöglichen
von z-Pufferspeicher-Anfragen mit Hochgeschwindigkeit vor. Z-Puffer-Anfragen im Stoßbetrieb
können
in Form von Viererwörtern
beschrieben werden (64-bit
Einheiten entsprechen 8×8 Pixelblöcken). Ähnliche
Vorteile können
unter Verwendung jeder anderen Potenz von Zwei in Verbindung mit ähnlich ausgerichteten
Speichersegmenten und dem Stoßbetrieb-Zugriff
realisiert werden.
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Bei
einer Ausgestaltung, die in Verbindung mit einem gekachelten z-Puffer
und einem gekachelten Ziel verwendet wird, wird die Größe des Blocks
so ausgewählt,
dass die Größe des z-Puffers
und der Ziel-Kachel ein gerades Vielfaches der Block-Größe ist,
sowohl horizontal als auch vertikal. Dies minimiert Seitenbrüche, wenn
für jeden
Block auf den z-Puffer und das Ziel zugegriffen wird, mit einem
Maximum von einem Seitenbruch pro Block.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Pixel-Reihenfolge
aus dem Texturabbilden sehr gut zu dem Ziel ausgerichtet ist. Bei ViRGE-2
ist die Blockgrenze an Viererwörtergrenzen ausgerichtet.
Dies macht die Viererwörter-Organisation in einen
Ziel-FIFO einfach und unkompliziert.
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Aus
der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass die hierin offenbarte
Erfindung ein neuartiges und vorteilhaftes System und Verfahren
zum Block- und Bandorientierten Durchlaufen bei grafischen Systemen
vorsieht, um die Bandbreite und Leistung zu verbessern. Die vorangegangene
Diskussion offenbart und beschreibt nur beispielhafte Verfahren und
Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung. Wie von denjenigen verstanden
wird, die mit dem Fachgebiet vertraut sind, kann die Erfindung in
anderen spezifischen Formen verkörpert
werden, ohne sich dabei vom Geist oder von grundlegenden charakteristischen
Merkmalen hiervon zu entfernen. Insbesondere können andere Größen und
Architekturen für
die Bild- und die Textur-Unterteilungen verwendet werden, andere
Arten von Primitiven und andere Ursprungs-Positionen und Ausrichtungen
können
verwendet werden. Entsprechend sind die die Offenbarung der vorliegenden
Erfindung und den Beispiel-Figuren zur Erläutern vorgesehen und nicht
zur Begrenzung des Umfangs der Erfindung, welcher in den folgenden
Ansprüchen
definiert ist.